JP5643286B2 - Contact clamping device for thin silicon rods - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン蒸着反応器内で、細シリコンロッドを組み込みシリコンロッドと電気的に接触させる接触型クランプ装置に関するものであり、細シリコンロッドの各端部を支える一般的にグラファイトからなるロッドホルダーを備えた接触型クランプ装置に関する。 The present invention relates to a contact-type clamping device for incorporating a fine silicon rod into an electrical contact with a silicon rod in a silicon vapor deposition reactor, and a rod holder generally made of graphite for supporting each end of the fine silicon rod. It is related with the contact-type clamp apparatus provided with.
半導体技術および光起電技術において、高純度シリコンロッドを生産すること、例えば蒸着反応器内、特に化学蒸着反応器内でのシーメンス方法によるものが知られている。この方法に関しては、細シリコンロッドをまず反応器に入れ、その後、蒸着反応の間、シリコンがシリコンロッドに蒸着する。通常、細シリコンロッドは接触型クランプ装置によって支えられ、一方のハンドで所望の方向にシリコンロッドを支え、他方のハンドで電気的接触を供給している。析出プロセスの間、所定電圧の電流を流し、細シリコンロッドに蒸気または気体状のシリコンが蒸着する温度にまで、抵抗加熱によりシリコンロッドを加熱するために電気的接触が必要となる。蒸着温度は、900〜1340°Cであり、一般的には1100〜1200°Cである。この蒸着温度は、上限値を超えると細シリコンロッドが破壊されたり溶けてしまう危険性を帯びるので、上限値を超えないようにすべきである。 In semiconductor technology and photovoltaic technology, it is known to produce high purity silicon rods, for example by the Siemens method in a vapor deposition reactor, in particular in a chemical vapor deposition reactor. For this method, a fine silicon rod is first placed in a reactor, after which silicon is deposited on the silicon rod during the deposition reaction. Usually, the thin silicon rod is supported by a contact-type clamping device, and the silicon rod is supported in a desired direction by one hand and the electrical contact is supplied by the other hand. During the deposition process, electrical contact is required to heat the silicon rod by resistance heating to a temperature at which a predetermined voltage is applied and vapor or gaseous silicon is deposited on the thin silicon rod. The deposition temperature is 900 to 1340 ° C, and generally 1100 to 1200 ° C. If this deposition temperature exceeds the upper limit value, there is a risk that the fine silicon rod will be broken or melted, so it should not exceed the upper limit value.
もしもシリコンロッドが破壊されたり溶けたりしたら一般的には蒸着を停止しなければならず、損傷した細シリコンロッドを新しいものと交換するために、シリコン蒸着反応器を十分に冷却した後シリコン蒸着反応器を開けなければならない。このためには、シリコン蒸着反応器をまず冷却する必要があり、また反応器を開ける前にガスを交換しなければならず、かなりの時間を要することになり、大幅に生産性が低下する。さらに、原料の損失も生じる。 If the silicon rod breaks or melts, the deposition must generally be stopped, and the silicon deposition reactor must be cooled sufficiently to replace the damaged thin silicon rod with a new one before the silicon deposition reaction. You must open the bowl. For this purpose, it is necessary to cool the silicon deposition reactor first, and the gas must be exchanged before the reactor is opened, which requires a considerable amount of time, which greatly reduces productivity. Furthermore, loss of raw materials also occurs.
ドイツ公報DE1187098Aには、上述したタイプのシリコンロッド製造装置および方法が記載されている。そこで記載されている方法を実施するために使用される装置は、主にガラス製または石英製の反応容器を備えており、反応容器において2個の細シリコンロッドが自立型で、純炭素製またはグラファイト製のロッドホルダーに支えられている。細シリコンロッドの上部の各自由端部において、各ロッドホルダー、細シリコンロッドおよびブリッジを通して電流回路を形成するために、さらに上述の抵抗加熱を促進するために、シリコンロッドはシリコンまたは純炭素の導電性ブリッジを介して互いに接続している。 German publication DE 1187098A describes a silicon rod manufacturing apparatus and method of the type described above. The apparatus used to carry out the method described there comprises a reaction vessel mainly made of glass or quartz, in which two fine silicon rods are self-supporting, made of pure carbon or Supported by a graphite rod holder. At each free end of the top of the fine silicon rod, the silicon rod is made of silicon or pure carbon to form a current circuit through each rod holder, fine silicon rod and bridge, and to further promote the resistance heating described above. Connected to each other via a sex bridge.
反応容器は反射体シリンダで囲まれているか、あるいは発熱抵抗体によって囲まれている。細シリコンロッドが反応容器内に組み込まれると、シリコンロッドは上述の抵抗加熱によって、さらに任意の付加的な加熱要素によって、蒸着温度まで加熱される。蒸着温度に到達した後、四塩化ケイ素またはトリクロロシラン等のシリコン含有気体と、水素等の他の気体との混合物が反応容器に導入される。または、シリコン含有気体としてモノシランまたはヨウ化ケイ素を使用することができる。 The reaction vessel is surrounded by a reflector cylinder or by a heating resistor. Once the fine silicon rod is incorporated into the reaction vessel, the silicon rod is heated to the deposition temperature by the resistance heating described above, and by any additional heating elements. After reaching the deposition temperature, a mixture of a silicon-containing gas such as silicon tetrachloride or trichlorosilane and another gas such as hydrogen is introduced into the reaction vessel. Alternatively, monosilane or silicon iodide can be used as the silicon-containing gas.
細シリコンロッドを被覆する最新の設備においては、2本以上の細シリコンロッドを互いに隣接して配置し同時に被覆を行っている。この場合、隣接した細シリコンロッド同士は常に導電性ブリッジによって互いに接続しており、基部でロッドホルダーによって電流源に接続されている。 In the latest equipment for coating fine silicon rods, two or more fine silicon rods are arranged adjacent to each other and coated simultaneously. In this case, adjacent thin silicon rods are always connected to each other by a conductive bridge, and are connected to a current source by a rod holder at the base.
抵抗加熱を利用して細シリコンロッドを電気的に加熱する場合には、所定温度を超えないように注意しなければならない。特に、細シリコンロッドを析出温度まで加熱して析出プロセスに入った最初の数時間のあいだ注意を払わなければならない。しかし、それでもロッドホルダーによって問題が生じてしまう。 When the fine silicon rod is electrically heated using resistance heating, care must be taken not to exceed a predetermined temperature. In particular, care must be taken during the first hours of heating the fine silicon rod to the deposition temperature and entering the deposition process. However, problems still arise with the rod holder.
ロッドホルダーは通常グラファイトからなり、円錐状の先細り形状であり、細シリコンロッドが上部から挿入される止まり孔のある支持スペースを有していることがある。これによりロッドホルダーと細シリコンロッドとはテーパー接続されている。挿入された細シリコンロッドは通常、径が6〜10mmの円形断面または矩形断面を呈している。支持スペースのテーパー部は、ロッドホルダーと細シリコンロッドとの充分な機械的電気的接触を提供するように、かなり精密に製造しなければならず、製造費が高くなる。 The rod holder is usually made of graphite, has a conical tapered shape, and may have a support space with a blind hole into which a thin silicon rod is inserted from above. Thereby, the rod holder and the fine silicon rod are taper-connected. The inserted thin silicon rod usually has a circular or rectangular cross section having a diameter of 6 to 10 mm. The tapered portion of the support space must be manufactured with great precision so as to provide sufficient mechanical and electrical contact between the rod holder and the fine silicon rod, resulting in high manufacturing costs.
ロッドホルダーは、加熱のときにある種の耐久性を補償するように、また機械的ストレスを減らすように、止まり孔の領域に一定の範囲でスリットを備えていてもよい。 The rod holder may be provided with a slit in the area of the blind hole so as to compensate for some durability when heated and to reduce mechanical stress.
特にロッドホルダーによるシリコンロッドの電気的接触は重要である。細シリコンロッドが矩形断面を有する場合には、シリコンロッドのエッジに沿って電気的機械的接触が形成される。そして、接触面が極端に狭くなり、エッジ上の機械的ひずみにより容易に損傷を引き起こす。さらに、エッジに沿って電気的接触抵抗が高くなる。しかしながら、円形断面を有する細シリコンロッドに関しては、電気的機械的接触が、細シリコンロッドの全周に沿った円周ラインに沿って形成される。 In particular, the electrical contact of the silicon rod with the rod holder is important. If the fine silicon rod has a rectangular cross section, an electromechanical contact is made along the edge of the silicon rod. And the contact surface becomes extremely narrow, and damage is easily caused by mechanical strain on the edge. Furthermore, the electrical contact resistance increases along the edge. However, for fine silicon rods with a circular cross section, electromechanical contact is made along a circumferential line along the entire circumference of the fine silicon rod.
加熱プロセスの初期の段階で特に、接触加熱領域がグラファイトとシリコンとの接触点で生じ、機械的ストレスにより細シリコンロッドが溶融または損傷する可能性がある。これにより、上述した好ましくない結果が引き起こされる、すなわち、加熱プロセスを中断し、新たにシリコン蒸着反応器を複雑な手順に対応させなければならない。 Particularly in the early stages of the heating process, a contact heating zone occurs at the point of contact between graphite and silicon, and mechanical stress can melt or damage the fine silicon rod. This causes the above-mentioned unfavorable results, i.e. the heating process must be interrupted and the silicon deposition reactor must be newly adapted to complex procedures.
特に接触加熱領域が広くなり、すなわちロッドの径の約1/4を超えた場合や、円形断面の細シリコンロッドの全周にわたって接触加熱が見いだされる場合には、細シリコンロッドが損傷してしまう。 In particular, when the contact heating area becomes wide, that is, when it exceeds about 1/4 of the diameter of the rod or when contact heating is found over the entire circumference of the thin silicon rod having a circular cross section, the fine silicon rod is damaged. .
本発明により解決されるべき問題点は、上述した問題点を克服する細シリコンロッド用接触型クランプ装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a contact clamping device for a fine silicon rod that overcomes the above-mentioned problems.
本発明により解決されるべき問題点は、請求項1に記載の接触型クランプ装置により解決される。さらに、本発明の実施例は、従属請求項から導かれるものである。
The problem to be solved by the present invention is solved by a contact-type clamping device according to
接触型クランプ装置は、特にシリコン蒸着反応器内で、細シリコンロッドを組み込みシリコンロッドと電気的に接触させるものであり、細シリコンロッドの一端部を支えるロッドホルダーを備え、ロッドホルダーは、細いシリコンロッドを支える支持スペースの周りに配置された少なくとも3個の接触要素を備え、各接触要素は、電気的機械的に細シリコンロッドと接触するように支持スペース方向に面する接触面を形成し、隣り合った接触要素の接触面は間隔をおいて位置している。 The contact-type clamping device is a device that incorporates a fine silicon rod and makes electrical contact with the silicon rod, particularly in a silicon vapor deposition reactor, and includes a rod holder that supports one end of the fine silicon rod. Comprising at least three contact elements arranged around a support space supporting the rod, each contact element forming a contact surface facing the support space in an electromechanical contact with the fine silicon rod; The contact surfaces of adjacent contact elements are spaced apart.
これにより、所定数の電気的機械的接触面を細シリコンロッドを把持するロッドホルダーに形成することができ、その電気的機械的接触面は細シリコンロッドの形状に一致している。接触面間の距離が、起こりうる接触加熱領域の“移動(travelling)”を防止し、細シリコンロッドが溶融したり損傷したりする危険性を減らしている。 As a result, a predetermined number of electromechanical contact surfaces can be formed on the rod holder that holds the fine silicon rod, and the electromechanical contact surface matches the shape of the fine silicon rod. The distance between the contact surfaces prevents possible “travelling” of the contact heating area, reducing the risk of the fine silicon rods melting and being damaged.
従来のテーパー接続を使用する場合と比較して、形成された接触面を介することにより、かなり大きな電流を流すことができるため、より高温に到達することを可能にし、特に細シリコンロッドをより速く昇温させることができる。さらに、グラファイトの断面積が小さくなるためグラファイト材がより高温になり、グラファイトとシリコンとの間の強い機械的抵抗性のある接続を実現できる。 Compared to using a conventional tapered connection, a much larger current can be passed through the formed contact surface, allowing higher temperatures to be reached, especially for thin silicon rods faster. The temperature can be raised. Furthermore, since the cross-sectional area of graphite is reduced, the graphite material becomes hotter and a strong mechanical resistance connection between graphite and silicon can be realized.
接触面は、細シリコンロッドの縦軸に一致するロッドホルダーの縦軸に平行に伸びており、好ましくはシリコンロッドの実質的な領域にわたり接触するようになっている。そのため、接触面はストライプ状であり、特に、細シリコンロッドの外形に一致させることができる。ここで、ストライプ状接触面とは、本質的に細シリコンロッドの周囲より狭い幅を有し、全ての接触面の幅の合計が細シリコンロッドの周囲より小さくなるような幅を有する接触面と理解されるべきである。全ての接触面の幅の合計は、細シリコンロッドの周囲の約半分に等しいかそれよりも小さい。 The contact surface extends parallel to the longitudinal axis of the rod holder coinciding with the longitudinal axis of the fine silicon rod, and is preferably in contact over a substantial area of the silicon rod. Therefore, the contact surface is striped, and can be made to coincide with the outer shape of the fine silicon rod. Here, the striped contact surface is essentially a contact surface having a width narrower than the periphery of the fine silicon rod, and having a width such that the total width of all the contact surfaces is smaller than the periphery of the fine silicon rod. Should be understood. The sum of the widths of all contact surfaces is less than or equal to about half the circumference of the fine silicon rod.
本発明の一実施例において、接触要素は互いに移動可能であり、特に支持スペース側に移動可能である。これにより、細シリコンロッドの一端をまず支持スペース内に自由に差し込み、その後、接触要素を互いの接触要素側に相対移動させることにより、支持スペース内において接触面によって細シリコンロッドの一端を固定して締め付けることが可能となる。その結果。支持スペース内において細シリコンロッドの機械的電気的に良好な接触が達成できる。 In one embodiment of the invention, the contact elements are movable relative to one another, in particular to the support space side. As a result, one end of the thin silicon rod is first freely inserted into the support space, and then the contact elements are moved relative to each other to fix the one end of the fine silicon rod by the contact surface in the support space. Can be tightened. as a result. A good mechanical and electrical contact of the fine silicon rod can be achieved in the support space.
本発明の一実施例において、接触要素は細シリコンロッドの下端部で、細シリコンロッドと、ぴったりと嵌合及び/または圧力ばめされて、接触している。
本発明の他の実施例において、接触要素は下端部で、細シリコンロッドと圧力ばめで接触している。
In one embodiment of the invention, the contact element is in close contact and / or a pressure fit with the fine silicon rod at the lower end of the fine silicon rod.
In another embodiment of the invention, the contact element is in contact with the fine silicon rod with a pressure fit at the lower end.
ロッドホルダーは、基部要素と接触要素を有するクランプ要素とからなる2つの部分に設計されているという利点がある。基部要素は再利用することができる一方、クランプ要素は消耗品要素としてみられ、各新規細シリコンロッドに対して新しいクランプ要素が使用されるべきである。これは、シリコン成長過程でシリコンロッドが絶え間なく太くなるにつれてシリコンロッドがクランプ要素まで成長するため、クランプ要素は、シリコンとの強力な結合によって損傷するという事実による。クランプ要素は、容易に交換できるようにするために、基部要素とぴったりと嵌合させ、さらにわずかに圧力ばめによって基部要素と接合している。もちろんロッドホルダーも多構成要素からなっていてもよい、すなわち、2つ以上の構成要素からなっていてもよい。 The rod holder has the advantage that it is designed in two parts consisting of a base element and a clamping element with a contact element. While the base element can be reused, the clamping element should be seen as a consumable element and a new clamping element should be used for each new fine silicon rod. This is due to the fact that the silicon rod grows to the clamp element as the silicon rod continually thickens during the silicon growth process, so that the clamp element is damaged by a strong bond with silicon. The clamping element is closely fitted with the base element and joined to the base element by a slight pressure fit to allow easy replacement. Of course, the rod holder may also be composed of multiple components, that is, it may be composed of two or more components.
一実施例において、基部要素は、テーパー状の受け台からなり、特に円錐状にテーパーした受け台からなる。そしてクランプ要素は受け台に対応したテーパー状の外形を有している。このように設計することにより、一方では、各要素を互いに自動的にセンタリングすることが可能となり、他方では、クランプ要素を凹部に挿入する場合またはクランプ要素を凹部から取り出す場合に、クランプ要素を容易に取り扱うことが可能となる。基部要素の受け台のテーパーとクランプ要素のテーパー状外形は、クランプ要素が受け台側に移動すると接触要素が相寄るように移動し、支持スペースを狭くするような寸法であることが好ましい。接触要素が相寄る移動は、接触要素の接触面に対して垂直に移動することが好ましい。これにより、受け台にクランプ要素を挿入したときに、支持スペースに受け入れられる細シリコンロッドを自動的にクランプする(締め付ける)ことができる。その結果、高い接触圧を有するくさび効果が起こり、接触要素と細シリコンロッドとの間の接触抵抗を減少させることができる。 In one embodiment, the base element comprises a tapered cradle, in particular a conically tapered cradle. The clamp element has a tapered outer shape corresponding to the cradle. This design makes it possible, on the one hand, to automatically center each element on the other hand, and on the other hand to facilitate clamping elements when inserting or removing the clamping element from the recess. Can be handled. The taper of the cradle of the base element and the tapered outer shape of the clamp element are preferably sized such that when the clamp element moves to the cradle side, the contact elements move together to narrow the support space. The movement of the contact elements is preferably perpendicular to the contact surface of the contact elements. Thereby, when the clamp element is inserted into the cradle, the fine silicon rod received in the support space can be automatically clamped (tightened). As a result, a wedge effect with a high contact pressure occurs and the contact resistance between the contact element and the fine silicon rod can be reduced.
実質的な領域にわたって締め付ける(クランプする)ことにより機械的ひずみを減少することになり、細シリコンロッドが倒れる危険性を減らすことができる。まず最初にクランプ要素を受け台に緩やかに挿入することができる。その結果として支持スペースはまだ狭くなっていない。そして細シリコンロッドを支持スペースに容易に導入し、細シリコンロッドを締め付ける(クランプする)ために、クランプ要素を受け台に最終的に深く押し込むだけでよい。ここで、特に、締め付ける(クランプする)ためには、クランプ要素と基部要素以外にさらに他の要素を付加する必要がなく、装置構成が単純になるという利点がある。さらに、蒸着反応器に挿入する各要素部分が小さくなり、蒸着温度の加熱が促進される。付加的な要素は汚染の原因になりうるか、または蒸着プロセスにおいて、定期的に交換及び/または洗浄されねばならない程度に汚染される。 By tightening (clamping) over a substantial area, the mechanical strain is reduced, and the risk of the fine silicon rod falling can be reduced. First, the clamping element can be gently inserted into the cradle. As a result, the support space has not yet narrowed. Then, in order to easily introduce the fine silicon rod into the support space and tighten (clamp) the fine silicon rod, it is only necessary to finally push it deeply into the cradle. Here, in particular, in order to tighten (clamp), it is not necessary to add other elements in addition to the clamp element and the base element, and there is an advantage that the apparatus configuration is simplified. Furthermore, each element part inserted into the vapor deposition reactor is reduced, and heating of the vapor deposition temperature is promoted. Additional elements can cause contamination or become contaminated to the extent that they must be periodically replaced and / or cleaned in the deposition process.
安定した明確な締め付け(クランプ)を得るためには、接触要素が接触面に対して垂直に移動することが有利になる。これはクランプ要素及び/または受け台を対応するようにデザインすることによって達成することができる。安定した明確な締め付け(クランプ)を達成するためには、接触要素の接触面を細シリコンロッドの外形に合わせて、実質的な領域にわたって細シリコンロッドに接触させることも可能である。例えば、丸形の細シリコンロッドに対する接触面は、細いロッドの曲率に対応する一曲面を示し、一方、角形の細いロッドに対する接触面は実質的な領域にわたって伸びる接触面を示す。 In order to obtain a stable and clear clamping (clamp), it is advantageous for the contact element to move perpendicular to the contact surface. This can be achieved by designing the clamping element and / or the cradle to correspond. In order to achieve a stable and clear clamping (clamp), the contact surface of the contact element can also be brought into contact with the fine silicon rod over a substantial area, matching the contour of the fine silicon rod. For example, a contact surface for a round thin silicon rod exhibits a curved surface corresponding to the curvature of the thin rod, while a contact surface for a square thin rod indicates a contact surface extending over a substantial area.
一実施例において、接触要素は、細シリコンロッドの対称的な接触を実現するために、支持スペースのまわりに等間隔で配置されている。矩形の断面積を有する細シリコンロッドに対する第一の例では、クランプ要素は、例えば、90°毎に分配されている狭い接触面を有する4個の細い接触要素からなっている。第二の例では、円形の断面積を有する細シリコンロッドに対するクランプ要素は、例えば、互いに120°毎に分配され、細シリコンロッドの曲率に対応する曲率をもつ狭い接触面を有する3個の細い接触要素からなっている。 In one embodiment, the contact elements are equally spaced around the support space in order to achieve a symmetrical contact of the fine silicon rods. In a first example for a fine silicon rod with a rectangular cross-sectional area, the clamping element consists of four thin contact elements with narrow contact surfaces distributed, for example, every 90 °. In a second example, the clamping elements for a fine silicon rod with a circular cross-sectional area are distributed, for example, every 120 ° with respect to each other, and three thin with a narrow contact surface with a curvature corresponding to the curvature of the fine silicon rod. It consists of contact elements.
特定の一実施例において、接触要素は、少なくとも挿入される前に、連結要素によって互いに接続されている別体の要素である。この別体の要素は、締め付け(クランプ)に有利な柔軟性を有している、一方、連結要素によって、接触要素を使用する前に接触要素を一体のものとして取り扱うことができる。各接触要素間の連結要素は、各接触要素間で相対的に移動できるように、柔軟性を備えており、及び/または所定の切断点を有している。接触要素及び連結要素は、一体的にグラファイト材から形成される、例えば機械加工により形成される。 In one particular embodiment, the contact elements are separate elements that are connected to each other by a coupling element at least before being inserted. This separate element has the flexibility advantageous for clamping (clamping), while the connecting element allows the contact element to be handled as a unit before using the contact element. The connecting element between the contact elements is flexible and / or has a predetermined cut point so that it can move relatively between the contact elements. The contact element and the connecting element are integrally formed from a graphite material, for example by machining.
一実施例によれば、基部要素に取り付けられるクランプリングを備え、接触要素を受ける受け台はクランプリングと基部要素との間に形成され、クランプリングを基部要素に取り付けたときに、接触要素が互いに移動し特に支持スペース側に移動することができるような寸法に受け台は形成されている。このようなクランプリングは必要に応じて基部本体における接触要素の安定性を向上させることができ、細シリコンロッドを締め付ける(クランプする)力を大きくすることができる。クランプリングは、例えば螺合により基部要素に取り付けることができる、またはクィック−リリース機構により基部要素に締め付けられていてもよい。ここでは、クランプリングは、接触要素の動きを確保するために、例えば接触要素のテーパー状外形に適合するテーパー状の内壁を備えた開口部を有している。クランプリングは導電性である必要はないが、充分に堅固で耐熱性の材料で構成されるべきである。 According to one embodiment, a clamp ring attached to the base element is provided, the cradle receiving the contact element is formed between the clamp ring and the base element, and when the clamp ring is attached to the base element, the contact element is The cradle is formed in such a dimension that it can move relative to each other and in particular to the support space side. Such a clamp ring can improve the stability of the contact element in the base body as required, and can increase the force for clamping (clamping) the fine silicon rod. The clamp ring can be attached to the base element, for example by screwing, or it can be fastened to the base element by a quick-release mechanism. Here, the clamping ring has an opening with a tapered inner wall, for example adapted to the tapered outer shape of the contact element, in order to ensure the movement of the contact element. The clamp ring need not be electrically conductive, but should be composed of a sufficiently strong and heat resistant material.
本発明による接触型クランプ装置は、シリコン蒸着反応器内のプロセスコントロールに良い影響を与えることができる。なぜなら、シラン蒸気または気体が細シリコンロッドの加熱プロセスの開始時にすでに供給されているからである。より高い温度領域への供給されたシランの蒸着の結果として、接触面を介して、加熱プロセスの最初から特に接触面の領域に高温を達成することができる。そして、このことが、この領域における細シリコンロッドに微少な損傷がもし存在していたならば、自己回復作用につながる。 The contact-type clamping device according to the present invention can have a positive influence on the process control in the silicon deposition reactor. This is because silane vapor or gas is already supplied at the beginning of the heating process of the fine silicon rod. As a result of the deposition of the supplied silane in the higher temperature region, high temperatures can be achieved via the contact surface, especially in the region of the contact surface, from the beginning of the heating process. This leads to a self-healing action if there is slight damage to the fine silicon rod in this region.
以下に、図面を参照しながら種々の実施例により本発明についてより詳細に述べる。
ここで使用される用語である、「上部(頂部)」、「下部(底部)」、「右」及び「左」は、図面での表現に対応させたものであり、好ましい位置・方向を示しているが、これらの用語により本発明が限定されるものではない。
図1は、第1の実施例によるロッドホルダー1の平面図である。ロッドホルダー1は例えばグラファイトからなり、矩形の断面積を有する細シリコンロッド2を挿入した状態で示されている。図2及び図3はそれぞれ図1に示すロッドホルダー1の側面図を示しており、図2は、細シリコンロッド2が挿入されていないときのロッドホルダーを示し、図3は、細シリコンロッド2を挿入したときのロッドホルダーを示している。図4は、図1に示すロッドホルダーのIV−IV線断面図であり、簡略化して細シリコンロッドを省略している。
In the following, the invention is described in more detail by means of various embodiments with reference to the drawings.
The terms “upper (top)”, “lower (bottom)”, “right” and “left” used here correspond to the expressions in the drawing and indicate preferred positions and directions. However, the present invention is not limited by these terms.
FIG. 1 is a plan view of a
このようなロッドホルダー1は、前述したように細シリコンロッドに電気的接触して、蒸着プロセスの間、より太いシリコンロッドを生成し、基本的には細シリコンロッドを自立させた状態で保持する目的のために、シリコン蒸着反応器(図示せず)内で使用される。基本的に自立した状態というのは、細シリコンロッドの一端部がロッドホルダーに受け入れられ保持され、一方、細シリコンロッドの大部分はロッドホルダーから突出しプロセスガス雰囲気中にさらされていると理解されるべきである。
ロッドホルダー、ロッドホルダーに受け入れられた細シリコンロッド、および細シリコンロッド2の対応する自由端において対応する導電性の連結部とを介して電気回路を形成するように、ロッドホルダーは対をなして配置されている。既述したように、細シリコンロッド2を析出温度まで加熱するために、電気供給と連動して、この電気回路により細シリコンロッド2の抵抗加熱が可能となる。
Such a
The rod holders are paired so as to form an electrical circuit via the rod holder, the fine silicon rod received in the rod holder, and the corresponding conductive connection at the corresponding free end of the
図4に示されるように、ロッドホルダーは、それぞれ別体の要素として設計されている基部要素7とクランプ要素8とを備えている。クランプ要素8は細シリコンロッドを受け入れ細シリコンロッドと電気的に接触するために使用され、また、蒸着プロセスの間、細シリコンロッドと接触するため使い捨てで使用される。基部要素7は、クランプ要素8を受け入れクランプ要素8を固定するために使用される、また、細シリコンロッド2との間は距離があるので、蒸着プロセスの間、複数回使用される。
As shown in FIG. 4, the rod holder comprises a
基部要素は基本的に円柱状の形状であり、上端部は円錐状に形成されている。円錐状の上端部は凹所を有し、凹所は基部方向に向かって下方にテーパー状になっている。凹所は基部要素の円柱部に伸びている。 The base element basically has a cylindrical shape, and the upper end is formed in a conical shape. The conical upper end has a recess, and the recess tapers downward toward the base. The recess extends into the cylindrical portion of the base element.
クランプ要素8は、下方基部3と、この下方基部から上方に向かって伸びる4個の接触要素4.1,4.2,4.3,4.4とを備えている。基部3の下面は、ぴったり合って入り込むように基部要素7の凹所に対応して形成されている。上面は、平面状に形成されている。凹所のテーパー状とこれに対応する基部3の形状とにより、各要素は、クランプ要素8が基部要素に挿入されるときに自動的にセンタリングされる。基部3は、平面状の上面を備え、この上面に接して傾斜した部分を有している。この傾斜部の傾きは基部要素7のテーパー部の傾きと一致している。
The clamping
接触要素4.1,4.2,4.3,4.4は、基部3の上面から伸びており、各接触要素は側面から見ると、通常、直角三角形の形をしている(図4)。接触要素は、直角を挟む一辺が基部3の上面に平行となり、他の一辺が垂直となるように配置されている。接触要素4.1,4.2,4.3,4.4は、半径方向に面の中心方向に向けられ、各要素の間に支持スペースを形成するように距離をおいて位置している。接触要素4.1,4.2,4.3,4.4は、互いに90°の等しい角度で配置され、基部の上面に対して垂直な接触要素の一辺の各々が、支持スペースの内側に位置するように配置されている。接触要素4.1,4.2,4.3,4.4の斜辺の各々は、外方に向いて傾斜を形成しており、この傾斜は基部要素7のテーパー部の傾斜と同じである。三角形状の自由上端部は、この部分で接触要素が容易に損傷したり細シリコンロッド2を損傷したりすることを避けるために、図4に示されるように、尖頭部が切り取られている。
Contact elements 4.1, 4.2, 4.3, and 4.4 extend from the top surface of base 3, and each contact element is typically in the form of a right triangle when viewed from the side (FIG. 4). ). The contact elements are arranged so that one side sandwiching a right angle is parallel to the upper surface of the base 3 and the other side is vertical. The contact elements 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 are oriented radially in the direction of the center of the surface and are located at a distance so as to form a support space between the elements. . The contact elements 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 are arranged at an equal angle of 90 ° to each other, and each side of the contact element perpendicular to the upper surface of the base is inside the support space. It is arranged to be located. Each of the hypotenuses of the contact elements 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 is inclined outwardly, which is the same as the taper of the
接触要素4.1,4.2,4.3,4.4は、ロッドホルダーの長手軸Aに平行に伸びる内周面に沿ってストライプ状接触面を形成している。図1から図3に明らかに示されるように、接触面は、支持スペースに受け入れられる矩形の断面積を有する細シリコンロッドのエッジ面に沿って各エッジ面幅の中心において、細シリコンロッドと接触する。接触面の幅は各々、最大で細シリコンロッド2のエッジ面幅の50%に相当することが好ましい。
The contact elements 4.1, 4.2, 4.3, and 4.4 form a striped contact surface along an inner peripheral surface that extends parallel to the longitudinal axis A of the rod holder. As clearly shown in FIGS. 1 to 3, the contact surface is in contact with the fine silicon rod at the center of each edge face width along the edge face of the fine silicon rod having a rectangular cross-sectional area that is received in the support space. To do. It is preferable that the width of each contact surface corresponds to 50% of the edge surface width of the
図5は、円形断面積を有する細シリコンロッド3を受ける受け部を有するドリルチャック式に設計された他のロッドホルダー6を示す平面図である。図6は、図5に示すロッドホルダー6のVI−VI線断面図である。ロッドホルダー6及び細シリコンロッド3は前述した方法と同様に受け部に挿入される。
FIG. 5 is a plan view showing another
図6に明らかに示されるように、ロッドホルダー6は、前述した基部要素に対応する基部要素7と、前述したクランプ要素に対応するクランプ要素8とからなっている。クランプ要素8は、クランプ要素8以外にクランプリング9を備えるクランプ装置(図示せず)の一部である。クランプ要素8は、細シリコンロッド3に電気的機械的に接触するために使用され、また、蒸着プロセスの間、細シリコンロッドと接触するため使い捨てで使用される。基部要素7は、クランプ要素8を受け入れクランプ要素8を固定するために使用され、また、細シリコンロッド2との間は距離があるので、蒸着プロセスの間、複数回使用される。クランプリング9は、以下に述べるように、クランプ要素8を基部要素に対してクランプするために使用される。また、クランプリング9は、細シリコンロッド2との間は距離があるので、蒸着プロセスの間、複数回使用される。
基部要素7は基本的に円柱状であり、その上面はクランプ要素8を置けるように通常平らな上になっている。
As clearly shown in FIG. 6, the
The
クランプ要素は3個の接触要素5.1, 5.2, 5.3を備え、各接触要素は上述した接触要素と同様に、側面から見ると、通常、直角三角形の形をしている。各接触要素5.1,
5.2, 5.3は、直角を挟む一辺が基部要素7の上面に平行となり、他の一辺が垂直となるように配置されている。接触要素5.1,5.2,5.3は、半径方向に面の中心方向に向けられ、各要素の間に支持スペースを形成するように位置している。接触要素5.1,5.2,5.3は、互いに120°の等しい角度で配置され、基部の上面に対して垂直な接触要素の一辺の各々が、支持スペースの内側に位置するように配置されている。接触要素5.1,5.2,5.3の斜辺の各々は、外方に向いて傾斜を形成しており、この傾斜は基部要素7のテーパー部の傾斜と同じである。3個の接触要素5.1,5.2,5.3はこのようにコーン状の外形輪郭を形成している。三角形状の自由上端部は、ここでも、図5に示されるように、尖頭部が切り取られている。
The clamping element comprises three contact elements 5.1, 5.2, 5.3, each contact element generally in the form of a right triangle when viewed from the side, similar to the contact elements described above. Each contact element 5.1,
5.2 and 5.3 are arranged such that one side across the right angle is parallel to the upper surface of the
接触要素5.1,5.2,5.3は、ロッドホルダーの長手軸Aに平行に伸びる内周面に沿ってストライプ状接触面を形成している。支持スペースに受け入れられる細シリコンロッド3にぴったりと接触するように、接触面は丸くなっており、丸型細シリコンロッド3の形に一致している。接触面は、最大で細シリコンロッドの周囲の50%に接触する。
接触要素5.1,5.2,5.3は、互いに接近するような動きが可能であり、少なくとも挿入される前に、連結要素によって互いに接続されている別体の要素である。
The contact elements 5.1, 5.2, 5.3 form a striped contact surface along an inner peripheral surface extending parallel to the longitudinal axis A of the rod holder. The contact surface is rounded and conforms to the shape of the round thin silicon rod 3 so as to closely contact the thin silicon rod 3 received in the support space. The contact surface contacts up to 50% of the circumference of the fine silicon rod.
The contact elements 5.1, 5.2, 5.3 are separate elements that are able to move toward each other and are connected to each other by a coupling element at least before being inserted.
クランプリング9は、基本的に開口部10を有する基部と基部に垂直な周囲側部とを有するカップ形状をしている。クランプリング9は使用するときには、ひっくり返して使用される、すなわち、図6に示すように、クランプリングの側壁を下方に向けて使用する。側壁は、基部本体にクランプリング9を乗せるために、基部本体7上の固定手段に対応して組み合わせられる固定手段を内周面に沿って備えている。側壁上の内ねじと基部本体上の外ねじ、または簡易着脱式またはバイオネット式ファスナー用の対応する要素が締め具の例として考えられる。その他の締め具も勿論可能である。
The clamp ring 9 basically has a cup shape having a base portion having an
外部方向に向いている接触要素5.1,5.2,5.3の傾斜に対応する傾斜を有する開口部10の内壁が中央にくるように、開口部10が形成されている。図6に示すように、接触要素5.1,5.2,5.3の一部は、クランプリング9と基部要素7との間に受け入れられ、残りの部分は、クランプリングの中央開口部10を通って外方に伸びている。そして、中央開口部の傾斜部は、接触要素5.1,5.2,5.3の外方を向いている傾斜部と係合している。このような係合により、接触要素5.1,5.2,5.3は、互いに接近するような動きが可能であり、細シリコンロッド3を支持する支持スペースを小さくすることができ、支持する細シリコンロッド3を固定してクランプすることができる。図6には、クランプリング9が接触要素5上に組み込まれ、軸方向かつ基部要素7の方向の動きによるドリルチャックと同様に、クランプリング9が、細シリコンロッド3(図示せず)の下端部の周囲で接触要素5.1,5.2,5.3を押圧する状態が示されている。この目的のために、図6に示すように、クランプリング9はねじ止めによって基部要素7に接合されている。または、クランプリング9は、簡易着脱機構を用いた手段により基部要素7にクランプされている。
The
本実施例においては、クランプリングを備えた3個の接触要素を示しているが、代わりに、挿入される細シリコンロッドの形状に対応した4個またはそれ以上の接触要素を使用することができる。もちろん、3個または図示された4個の接触要素以上の接触要素を用いて、クランプリングを使用しない場合も可能である。 In this embodiment, three contact elements with a clamp ring are shown, but instead four or more contact elements corresponding to the shape of the thin silicon rod to be inserted can be used. . Of course, it is also possible not to use a clamp ring with three or more than four contact elements shown.
本実施例によれば、ロッドホルダー1と細シリコンロッド2,3との間の電気的機械的接触面の数は、長手方向にストライプ状で電気的機械的に細シリコンロッド2に接触する4個の接触要素4.1,4.2,4.3,4.4をロッドホルダー1上に形成する(図1)ことで最小化することができる、あるいは、3個の接触要素5.1,5.2,5.3をロッドホルダー6上に形成する(図4)ことによって最小化することができる。4個の接触要素4は、互いに90°の角度で配置され、3個の接触要素5.1,5.2,5.3は、互いに120°の角度で配置されている。
According to the present embodiment, the number of electromechanical contact surfaces between the
接触要素4,5は狭い接触面を形成して、細シリコンロッド2,3と、図1及び図2に示すように細シリコンロッドの下端部で形状一致型で接触するか、または図4及び図5に示すように形状一致及び圧力ばめ方式で接触している。
ロッドホルダー1は、2ピース型として設計することができ、図示されているように基部要素7とクランプ要素8とから構成されるか、または単一形として設計することも可能である。
The contact elements 4, 5 form a narrow contact surface and contact the
The
本発明においては、一方で、細シリコンロッド2,3とロッドホルダー1との間に所定数の狭い電気的機械的接触面を形成し、他方では、接触要素4,5の接触面と細シリコンロッド2,3との間の距離を増やすことによって、接触面の許容誤差の問題によって生じる可能性のある接触熱領域の“移動(travelling)”を阻止することができる。
In the present invention, on the one hand, a predetermined number of narrow electromechanical contact surfaces are formed between the
特に、矩形の断面積を有する細シリコンロッド2では、細シリコンロッドの角部に沿った接触が避けられる。
その結果、実質的な大電流を流すことができ、細シリコンロッド2,3のより高い温度を達成し、急速な加熱を促進することができる。さらに、グラファイトが直径が小さいので、すなわち、形成された接触面が狭いので、材料は高温になり、グラファイトとシリコン間のより強固な機械的弾性的な結合が起こる。
In particular, in the
As a result, a substantially large current can be passed, a higher temperature of the
本発明に係る接触型クランプ装置は、細シリコンロッド2,3の加熱プロセスの開始時には既にシラン蒸気と水蒸気とが同時に導入されているときに、蒸着反応器内で好適に使用することができる。
これは、加熱プロセスの開始時に既にロッドホルダー1と細シリコンロッド2,3との接触面が高温度であるために可能となり、導入されたシラン蒸気または気体がより高温領域に蒸着し、それが細シリコンロッド2,3の自己回復につながるという結果になる。これは安定性の向上という結果をもたらす。
The contact-type clamping device according to the present invention can be suitably used in a vapor deposition reactor when silane vapor and water vapor are already introduced at the same time when the heating process of the
This is possible because the contact surface between the
図7は、他の変形例である円形細シリコンロッド13用のロッドホルダー16の平面図であり、図8は、このロッドホルダー16の図7におけるVIII−VIII線断面図であり、細シリコンロッドは省略されている。細シリコンロッド16は、円形細シリコンロッド13用であり、上述した方法と同様に挿入される。
FIG. 7 is a plan view of a
図8に明確に示されるように、ロッドホルダー16は、上述した要素に対応する基部要素17とクランプ要素18とからなっている。基部要素17は円柱形状で下部と上部とに円錐状のリセス20を備えている。このリセスは、基部要素の中心面に関して鏡面対称であり、その結果基部要素17は、基本的にその断面においてH字状の形状となる。基部要素17は、ロッドホルダー16の縦軸Aに関して回転対称である。
As clearly shown in FIG. 8, the
下部リセス20は、接触要素を反応器側に受け入れるために使用され、これによって基部要素17が反応器に受け入れられ、またこれによって基部要素の電気的接触が生じる。これに相当するサポートと電気的接続は、反応器内において他の方法によっても実現可能であり、その結果、下部リセス20は省略することも可能である。上部リセス20は、以下に説明するように、クランプ要素18を受け入れるために使用される。
The
クランプ要素18は、3個の別体からなる接触要素25からなり、互いに連結ランド部26を介してつながっている。図7の平面図から明らかなように、接触要素25は、連結ランド部26を介して互いに等しい角度間隔で配置され、それぞれ共通する中心に向かって放射状に伸びている。
The
接触要素25の放射状内方に面する面(内面)28は各面の間に、細シリコンロッド用の支持スペース30を形成している。図7から明らかなように、接触要素25の内面28は細シリコンロッドの曲率に一致している。内面28は、ロッドホルダー16の中心縦軸A方向に真っすぐで、中心縦軸Aに平行に伸びている。
A radially inwardly facing surface (inner surface) 28 of the
図7にみられるように、接触要素25の側面32は、半径方向にそって接触要素25の幅が増加するように、鋭角で配向している。しかしながら、側面は、クランプ要素16の中心縦軸Aの方向に平行になっている。したがって、接触要素25の半径方向外側に面する面(外面)34は、内面28よりも広くなっている。
As can be seen in FIG. 7, the
外面34は、図7の平面図に示されるように、リセス20に合わせた曲率を備えている。さらに、外面34は、図8に示されるように、内面28に対して、接触要素25が底部に向かってテーパー状になるように、鋭角で配向している。外面34は、リセス20のテーパー部の傾きに対応する傾きを有している。当業者は、クランプ要素18がリセス20の方に押されると、接触要素25が互いに中心縦軸A方向に押されることを認識するであろう。
As shown in the plan view of FIG. 7, the
連結ランド部26は、隣接する接触要素25の間に伸び、接触要素25の上部領域と下部領域とにそれぞれ1個の連結ランド部がある。連結ランド部は、接触要素を互いに予め決められた所定角度関係で保持するために設けられている。接触要素25が互いに接近するように移動するときに、連結ランド部は変形し、必要であれば所定の切断点で切断される。このように、連結ランド部は主として、接触要素25を基部本体17に挿入する前に、接触要素25を互いに所定位置関係に維持するという目的を果たしている。挿入のときにはこの位置関係が変化するが、これは連結ランド部の柔軟性によって達成されるか、または連結ランド部を破断、すなわち所定の切断点で切断することによって達成される。接触要素25と連結ランド部26とは、同一の材質によりまたは異なる材質により、別々に形成してもよいし一体的に形成してもよい。
The
図面では、連結ランド部26が接触要素25の側面32の間に設けられているが、接触要素25をリセス20に挿入するときには接触要素25間の相対的な動きを可能にし、挿入前には接触要素25を互いに所定の位置関係に保持することのできるその他の連結部を設けてもよいと理解されるべきである。このようにして、接触要素25の内面28間に伸び、同時に接触要素25間の支持スペース30の下部境界としての役目を果たす、例えば星型の連結要素が設けられる。また、接触要素25間にいっさい連結部を設けないこともまた可能である。接触要素25の取り扱いを簡略化するため、特にこれらが互いに連結されていないときに、例えば基部要素17のリセス20に接触要素25用のガイドを設けてもよい。これらのガイドは、一個の接触要素を受け入れガイドできるように所定の角度関係で設けられる。
In the drawing, the connecting
さらに、図7及び図8の実施例において、3個以上の接触要素25、例えば矩形の断面積を有する細シリコンロッド用に4個の接触要素を備えていてもよい。この場合には接触要素25の内面28は、湾曲せず平面状に形成される。一般的に、接触面として機能する接触要素の内面28は細シリコンロッドの接触面に一致すると理解されるべきである。接触要素25と基部要素17とは、通常グラファイトからなる接触要素を少なくとも備え、導電性材料で形成されている。
Furthermore, in the embodiment of FIGS. 7 and 8, four contact elements may be provided for three or
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明はこれらの実施例に限定されない。特に、異なる実施例の要素の組み合わせや交換も含まれる。例えば、図7及び図8の実施例では、クランプリング9と組み合わせて使用することができる。 As mentioned above, although the preferable Example of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to these Examples. In particular, combinations and exchanges of elements of different embodiments are also included. For example, the embodiment shown in FIGS. 7 and 8 can be used in combination with the clamp ring 9.
Claims (17)
前記ロッドホルダー(1;6;16)は、細いシリコンロッド(2;3;13)を支える支持スペース(30)の周りに配置された少なくとも3個の接触要素(4;5;25)を備え、各接触要素は、電気的機械的に細シリコンロッド(2;3;13)と接触するように支持スペース方向に面する接触面(28)を形成し、隣り合った接触要素(4;5;25)の前記接触面(28)は間隔をおいて位置していることを特徴とする接触型クランプ装置。 A contact-type clamping device for incorporating a fine silicon rod into an electrical contact with the silicon rod in a silicon vapor deposition reactor, comprising a rod holder (1; 6 ; 16) for supporting one end of the fine silicon rod. In
Said rod holder (1; 6; 16) comprises at least three contact elements (4; 5; 25) arranged around a support space (30) supporting a thin silicon rod (2; 3; 13). , Each contact element forms a contact surface (28) facing in the direction of the support space so as to contact the thin silicon rod (2; 3; 13) electromechanically, and adjacent contact elements (4; 5) ; 25 the contact surface of the) (28) contact clamping apparatus characterized by being spaced.
The contact element (4; 5; 25) is fitted and / or closely fitted via a contact surface (28) with the fine silicon rod (2; 3; 13) received in the rod holder (1; 6; 16). The contact-type clamping device according to any one of claims 1 to 16, wherein the contact-type clamping device is in pressure contact.
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